PHẦN A: ĐỒ ÁN TẤMCHƯƠNG 1: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆDẬP CHI TIẾT DẠNG TẤM1.1 Tổng quan về công nghệ dập tạo hình tấm1.1.1 Công nghệ tạo hình kim loại tấm Công nghệ tạo hình kim loại t
THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Tổng quan về công nghệ dập tạo hình tấm
1.1.1 Công nghệ tạo hình kim loại tấm
Công nghệ tạo hình kim loại tấm là một phần của công nghệ gia công kim loại bằng áp lực nhằm biến dạng kim loại tấm để nhận được các chi tiết có hình dạng và kích thước như mong muốn Đây là một loại hình công nghệ đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt là trong các lĩnh vực kỹ thuật điện và điện tử, công nghiệp chế tạo ô tô, công nghiệp hành không – vũ trụ, công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, công nghiệp an ninh – quốc phòng, công nghiệp thực phẩm, hoá chất, y tế, … Sở dĩ công nghệ này được ứng dụng rộng rãi như vậy là do nó có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại hình công nghệ khác như: nó có thể cơ khí hoá và tự động hoá cao từ đó giúp nâng cao năng suất và hạ giá thành của sản phẩm, tiết kiệm được nguyên vật liệu và đặc biệt do quá trình biến dạng dẻo nguội làm cho độ bền của chi tiết tăng lên giúp nâng cao cơ tính của sản phẩm, …
Dập tấm là một phần của quá trình công nghệ bao gồm nhiều nguyên công và công nghệ khác nhau nhằm làm biến dạng kim loại tấm (băng hoặc dải) để nhận được các chi tiết có hình dạng và kích thước theo yêu cầu với sự thay đổi không đáng kể chiều dày của vật liệu và không có phế liệu ở dạng phôi.
Dập tấm thường được thực hiện với phôi ở trạng thái nguội (nên còn được gọi là dập nguội) đối với những phôi có chiều dày nhỏ (thường s ≤ 4mm) hoặc có thể dập nóng đối với những phôi có chiều dày lớn. Ưu điểm
- Năng suất cao, do đó hạ giá thành sản phẩm, tiết kiệm thời gian sản xuất
- Sản phẩm có độ chính xác cao, tính lắp lẫn tốt
- Có khả năng tạo hình các chi tiết phức tạp
- Nâng cao cơ tính của sản phẩm
- Hệ số sử dụng vật liệu cao
- Vốn đầu tư ban đầu lớn, trang thiết bị đắt đỏ vì vậy chỉ thích hợp với gia công hàng loạt
- Yêu cầu đội ngũ kĩ sư lành nghề, có trình độ cao
- Tính toán công nghệ phức tạp
Dựa vào đặc điểm biến dạng
- Biến dạng cắt vật liệu: tách một phần vật liệu này ra khỏi một phần vật liệu khác theo một đường bao khép kín hoặc không khép kín, kim loại bị phá vỡ liên kết giữa các phần tử (phá huỷ) tại vùng cắt.
Hình 1.1: Nguyên công đột lỗ
Hình 1.2: Sản phẩm của nguyên công đột lỗ cắt hình
- Biến dạng dẻo vật liệu: thay đổi hình dạng và kích thước bề mặt của phôi bằng cách phân phối lại và chuyển dịch thể tích kim loại để tạo ra các chi tiết có hình dạng và kích thước cần thiết nhờ tính dẻo của kim loại và không bị phá huỷ tại vùng biến dạng.
Hình 1.3: Nguyên công dập vuốt
Hình 1.4: Sản phẩm gia công dập vuốt
Dựa vào cách thức tạo hình sản phẩm
Hình 1.5: Phân loại dập tấm theo cách thức tạo hình sản phẩm
1.1.3 Một số thiết bị tạo hình kim loại tấm
Trong công nghệ dập tạo hình kim loại tấm, các thiết bị máy móc thường được sử dụng bao gồm: máy ép trục khuỷu, máy ép thuỷ lực, máy cắt pha dải, máy đột dập CNC, máy uốn, … a) Máy ép trục khuỷu
Hình 1.6: Máy ép trục khuỷu
- Máy ép trục khuỷu vạn năng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như: công nghiệp xây dựng, công nghiệp chế tạo máy và dụng cụ, …
- Đặc điểm của máy ép trục khuỷu: Ưu điểm:
- Sử dụng máy và kết cấu máy đơn giản
- Chế tạo được các chi tiết có hình dạng phức tạp, chất lượng bề mặt chi tiết cao mà không cần gia công cắt gọt
- Năng suất máy cao, xưởng không ổn, sạch sẽ, nền móng ít bị rung động như máy búa
- Lực ép danh nghĩa của máy không được tăng quá lớn như máy ép thuỷ lực vì như vậy sẽ làm cho kích thước của máy rất lớn
- Ít vạn năng trong nguyên công dập thể tích, không thực hiện được các nguyên công dập vuốt, ép tụ
- Đầu trượt có thể bị kẹt ở điểm chết dưới b) Máy ép thuỷ lực
Hình 1.7: Máy ép thuỷ lực
- Máy ép thuỷ lực làm việc theo nguyên lý dựa trên cơ sở của định luật Pascal Ở dạng tổng quan nhất thì máy ép gồm có 2 khoang: xi lanh có pittong và các đường nối ống Nếu đặt một lực P vào pittong 1, thì nó sẽ tạo ra áp suất Theo định luật 1
Pascal thì áp suất p được truyền tới tất cả các điểm của thể tích chất lỏng và do có hướng vuông góc với mặt đáy của pittong 2, nó sẽ tạo ra áp lực , và lực này gây áp suất lên phôi.
- Dựa trên cơ sở định luật Pascal ta có:
(Diện tích f gấp diện tích f bao nhiêu lần thì lực P gấp lực P bấy nhiêu lần)2 1 2 1 c) Máy cắt pha dải
Hình 1.8: Máy cắt pha dải d) Máy đột dập CNC
Hình 1.9: Máy đột dập CNC
1.1.4 Một số sản phẩm điển hình của dập tấm
Công nghệ dập tạo hình kim loại tấm được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đời sống:
- Công nghiệp sản xuất ô tô: khung xe, mui xe, ống xả, …
- Công nghiệp an ninh – quốc phòng: vỏ đạn, vỏ xe bọc thép, …
- Công nghiệp điện – điện tử: tủ điện, các chân cắm, …
- Đồ dùng dân dụng: nồi, xoong, chảo, thìa, dĩa, …
- Công nghiệp hàng không – vũ trụ: vỏ máy bay, vỏ tên lửa, …
Hình 1.13: Các sản phẩm dân dụng
Thiết kế công nghệ chế tạo chi tiết tấm
- Vật liệu của chi tiết: SUS201,
- Chiều dày của chi tiết: S = 1 mm
Hình 1.15: Bản vẽ kích thước chi tiết
Hình 1.16: Bản vẽ chi tiết tấm 2D
Hình 1.17: Bản vẽ hình chiếu 3D
1.2.2 Phân tích và lựa chọn phương án công nghệ
- Phương án 1: Sử dụng khuôn phối hợp: Cắt hình, cắt trích và đột lỗ trên khuôn phối hợp Dập vuốt nông (chày nhấn)
- Ưu điểm: Việc sử dụng khuôn phối hợp sẽ giúp giảm bớt được các nguyên công, đồng thời hạn chế được số lượng khuôn cần dùng mà việc chế tạo khuôn cũng không quá phức tạp, phù hợp với việc sản xuất hàng loạt.
- Nhược điểm: Do kết hợp nhiều nguyên công trên cùng một khuôn nên tuổi thọ của khuôn sẽ không cao Hơn nữa nếu 1 nguyên công trong khuôn bị hỏng thì cần phải thay thế cả một bộ khuôn.
- Phương án 2: Sử dụng khuôn đơn: Cắt hình Đột lỗ Cắt trích Dập vuốt nông (chày nhấn)
- Ưu điểm: Tất cả các bước đều sử dụng khuôn đơn nên thiết kế đơn giản, nhanh gọn.
- Nhược điểm: Do sử dụng khuôn đơn nên cần phải có nhiều khuôn, cùng với đó là nhiều máy móc, thiết bị vì vậy năng suất sẽ thấp và chi phí tốn kém.
- Phương án 3: Sử dụng khuôn liên tục: Cắt hình Đột lỗ Cắt trích Dập vuốt nông (chày nhấn)
- Ưu điểm: Khuôn liên tục phù hợp với sản xuất hàng loạt, cho năng suất cao.
Khi một nguyên công trong dây chuyền bị hỏng thì chỉ cần sửa chữa thay thế 1 nguyên công ấy mà không ảnh hưởng đến các nguyên công khác.
- Nhược điểm: Việc chế tạo khuôn đòi hỏi sự liên tục trong dây chuyền sản xuất vì vậy sẽ khá là phức tạp.
Với yêu cầu sản xuất hàng loạt và dựa theo phân tích của 3 phương án đã nêu trên thì ta chọn gia công chi tiết theo phương án 1 (sử dụng khuôn phối hợp).
1.2.3 Quy trình công nghệ chế tạo chi tiết
- Bước 1: Cắt dải phôi cuộn
Chọn phôi cuộn có chiều rộng 156 mm, chiều dài 3000 m.
- Bước 2: Cắt hình, cắt trích và đột lỗ trên khuôn phối hợp
+) Kích thước cắt (dài x rộng): 135 x 150 mm
+) Khoảng cách giữa 2 phôi cắt: 3 mm
+) Khoảng cách từ mép phôi cắt đến mép phôi cuộn: 3 mm
+) Bo mép cắt với bán kính: R = 10 mm
+) Cắt trích 6 đường với chiều dài mỗi đường: l = 83 m
(Khoảng cách mỗi đường là 12 mm, được chia đều từ tâm phôi ra 2 mép phôi) +) Tổng diện tích đột trên 1 sản phẩm:
Vậy hệ số sử dụng vật liệu là:
Số phôi = Chiều dài dải phôi (chiều dài 1 phôi + khoảng cách giữa 2 phôi)
- Bước 3: Dập vuốt nông (chày nhấn)
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KHUÔN
Tính toán các thông số công nghệ
2.1.1 Cơ sở lý thuyết a) Cắt hình và đột lỗ bằng khuôn
Cắt hình và đột lỗ là những nguyên công được sử dụng để tạo ra các chi tiết phẳng từ các phôi tấm, dài hoặc băng hoặc cũng có thể để cắt phôi cho các nguyên công uốn, dập vuốt và tạo hình.
Khe hở z là khe hở giữa chày và cối khi cắt hình hoặc đột lỗ Khe hở z nhỏ thì các chi tiết cắt ra sẽ có kích thước chính xác hơn, phẳng và không cần nắn lại Tuy nhiên nó sẽ làm tăng sự tập trung ứng suất pháp ở các mép làm việc của chày và cối khiến các mép sắc nhanh bị cùn, dẫn tới giảm độ cứng vững và tuổi thọ của khuôn
Khe hở z hợp lý thì các vết nứt xuất hiện từ mép chày và mép cối sẽ gặp nhau theo đường thẳng Nếu khe hở z quá nhỏ thì các vết nứt sẽ không gặp nhau, còn nếu khe hở z quá lớn thì sẽ xuất hiện bavia.
Nguyên tắc lấy khe hở z
- Khi cắt hình: lấy khe hở z bằng cách giảm kích thước của chày, kích thước cối lấy bằng kích thước giới hạn nhỏ nhất của chi tiết.
- Khi đột lỗ: lấy khe hở z bằng cách tăng kích thước của cối, kích thước chày lấy bằng kích thước giới hạn nhỏ nhất của lỗ.
- Với chiều dày chi tiết , khe hở một phía được tính theo công thức:
Trong đó: u: Khe hở một phía giữa chày và cối s: Chiều dày vật liệu
: Ứng suất cắt của vật liệu
Với chiều dày chi tiết , khe hở một phía được tính theo công thức:
- Khi vận tốc của máy lớn (>120 nhát/phút) cần phải tăng trị số khe hở z do giãn nở nhiệt vì ma sát.
- Khi đột lỗ, kích thước của chày lấy theo kích thước danh nghĩa của phôi, còn kích thước của cối lấy theo kích thước của chày.
- Khi cắt hình, kích thước của cối lấy theo kích thước danh nghĩa của chi tiết, còn kích thước của chày lấy theo kích thước của cối.
Lực cắt và công biến dạng
Trong đó: L: chu vi cắt (mm)
S: Chiều dày vật liệu (mm)
: Trở lực cắt của vật liệu k = (1,11,3): Hệ số kể đến các yếu tố ảnh hưởng khác.
- Lực gỡ sản phẩm và phế liệu:
Trong đó: n: Số chi tiết nằm trong cối h: Chiều cao phần làm việc của cối
= 0,150,75: Phụ thuộc vào chiều dày, loại vật liệu và độ cứng
2.1.2 Tính toán lực tạo hình chi tiết tấm a) Lực cắt hình và đột lỗ bằng khuôn
- Ta có công thức tính lực cắt hình:
Sau khi thực hiện quá trình trải phôi, ta có kích thước:
Hình 2.1: Bản vẽ kích thước phôi cắt +) Chu vi của chi tiết:
+) Chiều dày của chi tiết: S = 1 (mm)
+) Ứng suất bền của vật liệu:
- Vậy lực cắt hình chi tiết là:
- Ta có công thức tính lực đột lỗ :
Hình 2.2: Chi tiết sau khi đột lỗ
- Vậy ta có lực đột lỗ là:
Vậy ta có tổng lực đột lỗ và cắt hình là: b) Nguyên công cắt trích
- Đối với nguyên công cắt trích ta sẽ chia làm 2 phần:
Vậy lực thực hiện nguyên công cắt trích sẽ bao gồm:
Ta có công thức tính lực cắt:
Hình 2.3: Chi tiết thực hiện cắt trích Vậy lực cắt hình là:
Ta có công thức tính lực tạo hình:
Hình 2.4: Kích thước chi tiết tạo hìnhVậy lực tạo hình là:
Vậy lực của nguyên công cắt trích là:
Thiết kế khuôn dập tạo hình chi tiết tấm
2.2.1 Khuôn cắt hình và đột lỗ
- Đối với những chi tiết có chiều dày S = 1 mm (3mm) thì theo nguyên tắc lấy khe hở z, ta có khe hở một phía được tính theo công thức:
Kích thước chày, cối cắt hình:
Kích thước chày, cối đột lỗ:
- Chọn chiều cao mép cối, ta chọn kiểu dáng cối như hình sau:
Hình 2.5: Kích thước cối và góc thoát phế liệu Ưu điểm: Khi sử dụng mòn ta có thể mài và sử dụng tiếp mà kích thước cối vẫn được đảm bảo.
Nhược điểm: Cần lực đẩy lớn để có thể đẩy vật dập hoặc phế liệu ra khỏi khoảng h Thêm nữa phần bên trong lòng cối cũng dễ bị mòn và bị cào xước do có sự cọ xát của vật dập hoặc phế liệu khi bị đẩy ra.
Bảng 2.1: Chiều cao cối và góc thoát phế liệu theo chiều dày
Với chiều dày vật liệu S = 1mm, ta chọn khoảng h = 5mm và góc thoát
- Lực gỡ, đẩy sản phẩm:
Thiết bị dập tạo hình chi tiết tấm
- Ta có tổng lực của khuôn cắt hình, đột lỗ, cắt trích là:
Vậy theo số liệu trên ta sẽ chọn máy ép trục khuỷu có các thông số như sau:
- Lực ép danh nghĩa: 40 tấn
- Kích thước bàn máy: 440 x 710 mm
KẾT LUẬN PHẦN TẤM Đồ án dập tạo hình kim loại tấm là một đồ án vô cùng quan trọng, nó đã giúp em củng cố lại kiến thức chuyên nghành đã học Hơn nữa nó còn giúp em tônge hợp lại kiến thức về công nghệ, thiết bị, nguyên lý và kết cấu làm việc của một bộ khuôn dập Các quy tắc, tiêu chuẩn và cách trình bày bản vẽ trong kỹ thuật.
Thông qua việc làm đồ án phần tấm đã giúp chúng em hiểu ra rằng để thiết kế được một bộ khuôn hợp lý trước tiên ta phải đưa ra được các phương án công nghệ, phân tích từng phương án, sau đó chọn ra phương án tối ưu nhất để thực hiện quá trình thiết kế khuôn Tiếp đến, ta tiến hành tính toán để chọn phôi ban đầu, từ đó xếp hình phôi nhằm tiết kiệm được vật liệu Tính lực dập, lực chặn, lực đột, … cho từng nguyên công cụ thể để lựa chọn thiết bị sao cho hợp lý Cuối cùng ta thiết kế khuôn để gia công cho từng nguyên công và chọn loại máy thực hiện.
Trong quá trình thiết kế khuôn cần phải lưu ý đến các chi tiết đã được tiêu chuẩn hoá như: trụ và bạc dẫn hướng, chốt định vị, bu lông, lò xo, … Đặc biệt cần phải lưu ý đến hiện tiệng ngồi lò xo, hiện tượng trụ dẫn hướng đập vào đầu trượt ở cuối quá trình dập Cuối cùng ta chọn các vật liệu để làm khuôn, đối với chày và cối thì cần chọn vật liệu là hợp kim cứng, đối với chi tiết khác hầu như là thép cacbon kết cấu.
THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Tổng quan về công nghệ tạo hình kim loai khối
3.1.1 Công nghệ tạo hình kim loại khối
Công nghệ dập tạo hình kim loại khối là một phần của công nghệ gia công kim loại bằng áp lực, nhờ tính dẻo của kim loại làm biến dạng phôi, điền đầy kim loại vào lòng khuôn hoặc làm kim loại chảy qua lỗ thoát của chày (hoặc cối) để tạo hình ra các chi tiết có hình dạng và kích thước cần thiết theo yêu cầu.
Hầu hết các quá trình dập tạo hình kim loại khối đều được thực hiện với phôi ở trạng thái nóng trên nhiệt độ kết tinh lại nên còn gọi là dập nóng. Ưu điểm
- Quá trình tạo hình kim loại khối làm thay đổi cấu trúc tinh thể của kim loại (thường làm giảm độ hạt) và tạo ra hướng thớ, làm tăng độ bền và độ cứng của chi tiết.
- Tiết kiệm được nhiều kim loại, nhất là trong sản xuất hàng loạt lớn, do đó sẽ làm hạ giá thành sản phẩm.
- Dễ dàng cơ khí hoá, tự động hoá quy trình sản xuất, do đó làm tăng năng suất lao động.
- Giảm kích thước của chi tiết do tăng độ bền và độ cứng
- Đa dạng mẫu mã kích thước khi có thể sản xuất được những chi tiết từ nhỏ đến lớn.
- Thao tác đơn giản, không yêu cầu thợ có tay nghề cao nên giảm chi phí sản xuất.
- Do thực hiện ở môi trường nhiệt độ cao nên chất lượng bề mặt thấp, độ chính xác không cao vì vậy sẽ rất khó khan cho cơ khí hoá và tự động hoá.
- Công nhân phải làm việc trong một môi trường điều kiện nóng, nguy hiểm, độc hại, khói bụi, tiếng động lớn.
- Chỉ tạo hình được các chi tiết có hình dạng đơn giản, không quá phức tạp.
- Phương pháp dập nguội chỉ có thể tạo hình được các chi tiết nhỏ và trung bình do lực công nghệ lớn.
- Thường phải sử dụng các thiết bị lớn, đắt tiền nên chỉ phù hợp với sản xuất hàng loạt, hàng khối.
Dập khối được chia thành 3 dạng chính:
Dập thể tích trong khuôn kín (dập không có vành biên)
- Đặc điểm dập trên khuôn kín không có vành biên, sản phẩm nằm gọn trong lòng khuôn sau khi dập.
- Lực yêu cầu để dập trong lòng khuôn kín nhỏ hơn trong lòng khuôn hở và chi tiết cũng có độ chính xác cao hơn, chi tiết có thể không cần gia công cơ sau khi dập Tuy nhiên cần phải tính toán chính xác với các công nghệ phức tạp
Hình 3.1: Dập tạo hình trong khuôn kín Dập thể tích trong khuôn hở (dập có vành biên)
- Đặc điểm cơ bản của phương pháp này là sản phẩm có vành biên bao quanh chu vi của mặt phân khuôn Vành biên giúp kim loại điền đầy được lòng khuôn đồng thời chứa lượng dư kim loại.
Hình 3.2: Dập tạo hình trong khuôn hở Ép chảy
- Đặc điểm của ép chảy là khuôn có lỗ để kim loại thoát ra ngoài Ép chảy được phân làm 4 dạng: ép chảy thuận, ép chảy ngược, ép chảy nghiêng và ép chảy hỗn hợp.
Hình 3.3: Nguyên công ép chảy
3.1.3 Một số thiết bị tạo hình kim loại khối
Trong công nghệ dập tạo hình khối, có một số loại máy tiêu biểu thường được sử dụng như: máy búa, máy búa hơi nước – không khí nén, máy búa thuỷ lực, máy ép trục khuỷu dập nóng, máy ép trục vít ma sát, …
Hình 3.4: Máy búa Hình 3.5: METK dập nóng
Hình 3.6: Máy ép trục vít ma sát Hình 3.7: Máy ép thuỷ lực
Hình 3.8: Máy búa hơi nước – không khí nén Đến nay nhờ các thành tựu của khoa học – kỹ thuật ngày càng phát triển, các nước công nghiệp phát triển đã chế tạo ra các thiết bị dập tạo hình cỡ lớn và hiện đại, các thiết bị công nghệ dập thể tích khác như:
- Máy búa hơi có trọng lượng vật rơi đến G = 25 tấn
- Máy búa không bệ đe có năng lượng và đập đạt đến Le = 1,5 MJ
- Máy ép trục khuỷu dập nóng có lực ép danh nghĩa đến P = 140 MN (14000 tấn)
- Máy ép thuỷ lực có lực ép danh nghĩa đến P = 750 MN (75000 tấn)
- Máy ép trục vít ma sát có lực ép danh nghĩa đến P = 16 MN (1600 tấn)
- Máy rèn ngang có lực danh nghĩa đến P = 31,5 MN (3150 tấn)
Ngoài ra còn có các máy búa cao tốc, máy búa thuỷ lực có lực dập lớn, có hiệu suất sử dụng cao trong quá trình dập khối.
Hình 3.6: Máy ép thuỷ lực Hình 3.7: Máy rèn ngang
3.1.4 Một số sản phẩm điển hình của dập khối
Công nghệ dập tạo hình kim loại khối được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực:
- Công nghiệp chế tạo máy: tay biên, trục khuỷu, trục cam, thanh truyền, bulong, trục nối, bánh rang, …
- Công nghiệp an ninh – quốc phòng: nòng sung, nòng pháo, …
- Trong dân dụng: các dụng cụ lao động như: cuốc, búa, rìu, … các dụng cụ sửa chữa như: cờ lê, kìm, …
Hình 3.8: Các chi tiết máy
Hình 3.9: Các dụng cụ sửa chữa
Hình 3.10: Chi tiết siêu trường, siêu trọng
Thiết kế công nghệ tạo chi tiết khối
Hình 3.11: Bản vẽ chi tiết 2D
Hình 3.12: Hình chiếu chi tiết
3.2.2 Phân tích lựa chọn phương án công nghệ
- Phương án 1: Đúc trong khuôn kim loại hoặc khuôn cát
- Ưu điểm: Có thể chế tạo được các chi tiết tương đối phức tạp.
- Nhược điểm: Năng suất không quá cao và chất lượng bề mặt cũng không thật sự tốt.
- Phương án 2: Gia công cắt gọt
- Ưu điểm: Phương pháp gia công cắt gọt có thể được sử dụng để chế tạo các chi tiết có độ phức tạp và chính xác khá cao, lại dễ dàng tự động hoá sản xuất.
- Nhược điểm: Năng suất và hệ số sử dụng vật liệu thấp, dẫn đến giá thành của sản phẩm tăng Các thớ kim loại của sản phẩm không được tốt.
- Ưu điểm: Năng suất và hệ số sử dụng vật liệu cao, làm giảm giá thành của sản phẩm, thích hợp cho sản xuất hàng loạt.
- Nhược điểm: Việc tính toán thiết kế khuôn tương đối phức tạp, trải qua nhiều nguyên công khác nhau, cần đầu tư nhiều thiết bị nên chỉ thích hợp cho sản xuất hàng loạt, hàng khối.
Dựa trên yêu cầu sản xuất và ưu, nhược điểm của 3 phương án nêu trên thì phương án thích hợp nhất để sản xuất chi tiết là phương án 3 (dập nóng)
3.2.3 Quy trình công nghệ chế tạo chi tiết
- Kiểm tra, xử lý nhiệt
Chồn cục bộ chi tiết
Dập thô trong khuôn hở
Dập tinh trong khuôn hở
Cắt vành biên Đột màng ngăn lỗ
Gia công cơ lỗ ren M6
XÂY DỰNG BẢN VẼ VẬT DẬP
Số liệu ban đầu theo chi tiết
4.1.1 Vật liệu của chi tiết
Thép C45 (GOST 1050): 0,42 0,50% C; 0,17 0,37% Si; 0,5 0,8% Mn; 0,25% Cr.
4.1.2 Khối lượng của chi tiết
Hình 4.1: Thể tích của chi tiết
- Thể tích của chi tiết: V = 112060,91 (mm )vd 3
- Khối lượng riêng của thép C45 là 7850 (kg/m ) 3
- Khối lượng của chi tiết: M = 0,88 (kg)c
Số liệu ban đầu để tính toán
Chọn máy thực hiện quá trình dập: Máy búa.
Phương pháp dập: Dập nóng trong khuôn hở.
Nung phôi: Nung trong lò nhiên liệu khí.
4.2.1 Khối lượng vật dập tính toán
Trong đó: +) : khối lượng tính toán của vật dập (kg)
+) : khối lượng của chi tiết (kg)
+) : hệ số tính toán, đối với những chi tiết có hình chiếu dạng tròn (phục lục 3), chọn
Vậy khối lượng của vật dập là:
Cấp chính xác: T3 (Phục lục 1 – Bảng 19 TLTK6)
Kích thước bao hình dạng vật dập:
Khối lượng hình bao vật dập:
Bậc phức tạp: C1 (Phục lục 2 TLTK6)
4.2.5 Kết cấu mặt phân khuôn
Kết cấu mặt phân khuôn: – mặt phẳng (Bảng 1 TLTK6)P
Chỉ số ban đầu: (Bảng 2 TLTK6)8
Lượng dư và lượng thêm
4.3.1 Lượng dư cơ bản một phía tính theo kích thước
Theo bảng 3 TLTK6 ta có:
- Đường kính 95 mm và độ nhám bề mặt 12.5 => 1,0 mm
- Đường kính 70 mm và độ nhám bề mặt 12.5 => 1,0 mm
- Đường kính 64 mm và độ nhám bề mặt 6.3 => 1,3 mm
- Đường kính 60 mm và độ nhám bề mặt 6.3 => 1,3 mm
- Đường kính 50 mm và độ nhám bề mặt 6.3 => 1,3 mm
- Chiều dày 28 mm và độ nhám bề mặt 12.5 => 1,0 mm
- Chiều dày 23 mm và độ nhám bề mặt 6.3 => 1,1 mm
- Chiều dày 17 mm và độ nhám bề mặt 6.3 => 1,1 mm
4.3.2 Lượng xê dịch theo mặt phân khuôn
Lượng xê dịch theo mặt phân khuôn: 0,2 mm (Bảng 4 TLTK6)
4.3.3 Độ cong, sai lệch mặt phẳng và sai lệch độ thẳng Độ cong, sai lệch mặt phẳng và sai lệch độ thẳng: 0,2 mm (Bảng 5 TLTK6)
Kích thước vật dập và sai lệch cho phép
Bảng 4.1: Kích thước vật dập
Kích thước Tính toán Nhận bằng
- Ta có sai lệch cho phép: Đường kính Đường kính Đường kính Đường kính Đường kính
4.4.3 Bán kính góc lượn ngoài
Bán kính góc lượn ngoài nhỏ nhất với chiều sâu lòng khuôn dập (1025) mm là 2,0 mm.
4.4.4 Lượng xê dịch cho phép của mặt phân khuôn
Lượng xê dịch cho phép của mặt phân khuôn: 0,4 mm (Bảng 9 TLTK6) Lượng sai lệch cho phép do độ phẳng và độ thẳng: 0,5 mm (Bảng 13 TLTK6)
Chiều sâu tối đa hmax của lỗ chưa thấu có thể dập trên máy búa được tính theo công thức kinh nghiệm sau:
– Giới hạn bền của kim loại ở nhiệt độ biến dạng (
– Góc nghiêng thành lòng khuôn (
- Xét lỗ có đường kính và :
Từ việc tính toán chiều sâu tối đa của lỗ và so sánh với chiều sâu của sản phẩm ta thấy nó hoàn toàn thoả mãn.
- Ta có chiều dày của màng ngăn lỗ được xác định theo công thức:
Xác định khối lượng vật dập và phôi
4.5.1 Thể tích và khối lượng chi tiết
- Thể tích của chi tiết ở trạng thái nguội:
Sử dụng phần mềm SolidWork ta có:
Hình 4.2: Thể tích vật dập ở trạng thái nguội
- Thể tích của chi tiết: V = 112060,91 (mm )vd 3
- Khối lượng riêng của thép C45 là 7850 (kg/m ) 3
- Khối lượng của chi tiết: M = 0,88 (kg)c
4.5.2 Thể tích phôi và phế liệu
Phôi tính toán trung bình là hình trụ có đường kính trung bình D Thể tích tb phôi dập được tính theo công thức sau:
– Thể tích vật dập được tính theo bản vẽ vật dập ở trạng thái nguội
( – Thể tích toàn bộ các dạng phế liệu
K – Hệ số tính đến lượng kim loại bị cháy trong quá trình nung (K = 1,01)
– Thể tích màng ngăn lỗ
– Thể tích phần kim loại dùng để kẹp kìm
– Thể tích các mạch nối các vật dập với nhau
Xác định đường kính phôi:
- Căn cứ vào đường kính phôi trung bình và các thông số đã tính được, ta chọn được phôi dập như sau:
Chọn máy và các thiết bị thực hiện công nghệ
4.6.1 Chọn chế độ gia công
Xác định chế độ nhiệt:
Do ta dập phôi trên máy búa ở trạng thái dẻo nên nhiệt độ của kim loại phải trên nhiệt độ kết tinh lại, nhưng vẫn phải dưới nhiệt độ nóng chảy Nếu tăng nhiệt độ tại lúc bắt đầu dập quá cao thì dẫn đến hiện tượng quá lửa hoặc làm cháy kim loại Nếu nhiệt độ lúc phôi dập cao sẽ dẫn đến hiện tượng kích thước hạt lớn, còn ngược lại nếu nhiệt độ quá thấp sẽ gây hiện tượng nứt nguội bề mặt hoặc trong lòng phôi kim loại.
Chi tiết cần dập có vật liệu thép C45, Tra bảng 2.2 trang 27 TLTK4 ta có:
- Nhiệt độ lúc bắt đầu tiến hành rèn:
- Nhiệt độ lúc kết thúc quá trình rèn:
- Nhiệt độ rèn thích hợp:
Mặt khác trong quá trình nung nóng phôi cần đạt được nhiệt độ yêu cầu và đồng đều ở tất cả các tiết diện, oxy hoá ở mức tối thiểu, hạn chế được hiện tượng thoát cacbon ở bề mặt nhằm hạn chế sự nứt kim loại khi nung Ngoài ra, khi nung ta không nên nung với tốc độ quá nhanh vì do sự chênh lệch nhiệt độ giữa các vùng trong vật rèn dẫn đến sự phát sinh ứng suất nhiệt gây gãy nứt vỡ vật thể. Đối với thép có thể xác định thời gian nung theo công thức kinh nghiệm của N.N Đôbrôkhotôv khi nung phôi:
+ D: đường kính hoặc cạnh phôi, D = 98 mm.
+ : hệ số phụ thuộc vào cách xếp phôi Ta chọn cách xếp phôi sát nhau, đối với phôi tròn thì
+ K: hệ số phụ thuộc vào hàm lượng cacbon và các nguyên tố hợp kim trong thép Đối với thép C45 ta chọn K = 10.
4.6.2 Chế độ bôi trơn và làm nguội cho khuôn
Bôi trơn trong gia công áp lực có ý nghĩa rất quan trọng Trong quá trình dập, lực ma sát giữa vật dập và thành lòng khuôn tại các mặt tiếp xúc làm tăng trở lực biến dạng Do đó, nếu dùng chất bôi trơn thích hợp thì sẽ có tác dụng tích cực là làm giảm trở lực biến dạng do ma sát tiếp xúc trong lòng khuôn Ngoài ra, nó còn hạn chế hiện tượng dính kim loại vào khuôn, giảm đi cường độ và mức độ nặng nhọc của khuôn Trong quá trình gia công kim loại bằng áp lực (các chi tiết gia công nóng), các chất bôi trơn thường được sử dụng là:
- Hỗn hợp Graphit với dầu
- Hỗn hợp dung dịch muối với dầu
Các chất bôi trơn này khi dùng ta bôi trơn lên bề mặt làm việc của lòng khuôn trên và khuôn dưới với chế độ nhiệt của khuôn là dạng khuôn nguội, tránh gây cháy hoặc làm giảm khả năng của chất bôi trơn Chính bởi vậy, do trong quá trình dập sẽ có sự truyền nhiệt từ vật dập vào lòng khuôn nên sau mỗi ca làm việc ta phải tiến hành làm nguội, để đảm bảo chế độ ma sát trong lòng khuôn dập, ta có thể tiến hành bôi trơn bằng cách dội nước hoặc không khí.
Tính toán lực cắt phôi:
Hình 4.3: Nguyên công cắt phôi
Ta có công thức xác định lực cắt phôi trên máy cắt:
+ k: hệ số kể đến các yếu tố ảnh hưởng khác, chọn k = 1,2.
+ : giới hạn bền của vật liệu
Vì vậy ta có lực cắt phôi là: Đối với quá trình dập khối ta có thể thực hiện trên các loại máy như: máy búa, máy ép trục khuỷu dập nóng, máy ép trục vít ma sát, … Tuy nhiên như đã chọn và tính toán ở trên ta sẽ dùng và tính theo máy búa. Đối với máy búa dập, việc tính lực danh nghĩa của máy được thay thế bằng việc tính trọng lượng phần rơi của máy búa.
Do lực tốn nhiều nhất là khi dập ở lòng khuôn tinh, mà ta tiến hành dập từng nguyên công một trên các lòng khuôn khách nhau của khuôn nên ta sẽ tính trọng lượng phần rơi theo nhát dập cuối cùng ở lòng khuôn tinh là nguyên công tốn nhiều lực nhất
Trọng lượng của máy búa tác động kép có hình chiếu bằng là hình tròn xoay sẽ được tính theo công thức trang 345 TLTK5:
+ : đường kính tương đương quy đổi của vật dập có hình chiều bằng không tròn xoay (mm)
+ : diện tích vật dập trên hình chiếu bằng ()
+ : chiều dài vật dập trên hình chiều bằng (mm)
+ : chiều rộng trung bình vật dập trên hình chiều bằng (mm)
+ : giới hạn bền kéo của vật liệu khi ở nhiệt độ thôi dập (thường không thấp hơn ). Thay số ta có:
- đối với thép C45 tại nhiệt độ
Từ đó ta tính được
Theo bảng 3-10 và 3-11 trang 88 TLTK5 ta chọn máy búa hơi nước – không khí nén có các thống số sau:
- Trọng lượng danh nghĩa phần rơi: 1 tấn
- Hành trình làm việc lớn nhất của đầu trượt: 1200 mm
- Năng lượng va đập: 2500 kGm
- Khoảng cách nhỏ nhất từ đầu trượt đến tấm giữ khuôn dập h: 220 mm
- Khoảng cách giữa các sống trượt B: 500 mm
- Kích thước đầu trượt theo hướng vuông góc với hình vẽ: 450 mm
- Kích thước tấm giữ khuôn vuông góc với hình vẽ: 670 mm
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KHUÔN
Tính toán thiết kế lòng khuôn chồn
- Phôi sau khi cắt có kích thước:
- Chồn phôi về kích thước L = 28 mm
- Để thuận lợi cho việc đặt phôi vào chính giữa, ta thiết kế phần hốc có chiều sâu
- Để thuận lợi cho nguyên công dập tinh, ta thiết kế phần lồi ra ở phôi chồn để đặt phôi vào lòng khuôn tinh dễ dàng.
Tính toán thiết kế lòng khuôn tinh
Lòng khuôn tinh là lòng khuôn cuối cùng Sau khi kim loại đã điền đầy lòng khuôn tinh thì nhiệm vụ dập trên máy búa kết thúc Các kích thước cơ bản của lòng khuôn được tính toán như sau:
Bán kính góc lượn của khuôn gồm có 2 loại: góc lượn trong bán kính R và góc lượn ngoài bán kính r
Bán kính trong R không nên làm quá nhỏ vì kim loại muốn chảy vào các góc đó phải thắng được trở lực biến dạng rất lớn, do đó nếu R quá nhỏ gây tốn năng lượng dập và giảm tuổi thọ khuôn.
Bán kính ngoài r nếu làm quá nhỏ có thể xảy ra 2 trường hợp sau đây:
- Các góc lượn r nhỏ dễ bị nát trong quá trình dập làm cho thành lòng khuôn bị lõm và giữ vật dập lại trong lòng khuôn không bật ra được.
- Góc lượn nhỏ làm kim loại không chảy theo ý muốn, tạo ra các vết ngậm than, không đảm bảo được chất lượng sản phẩm.
Ngoài ra, nếu bán kính góc lượn quá nhỏ, góc lượn của các mép lòng khuôn không đủ lớn thì các thớ kim loại sẽ đứt đoạn, làm giảm chất lượng sản phẩm. Trong thiết kế khuôn, ta chọn bán kính góc lượn dựa vào công thức kinh nghiệm sau:
Tuy nhiên, trong thực tế góc lượn của vật dập thường lớn hơn góc lượn tính toán, vậy ta chọn góc lượn vật dập làm góc lượn khuôn:
5.2.2 Góc nghiêng thành lòng khuôn
Chi tiết có mặt phân khuôn cùng nằm trên một mặt phẳng nên không tạo ra lực trượt đẩy hai nửa khuôn trên và dưới, vì vậy không cần khoá khuôn.
5.2.4 Tính toán sơ bộ khoảng cách giữa các lòng khuôn
Tính toán độ bền lòng khuôn trên máy búa là một vấn đề rất phức tạp Vì thế bề dày của thành lòng khuôn đến mép khuôn và giữa các lòng khuôn lấy theo kinh nghiệm Hình dáng lòng khuôn cũng ảnh hưởng tới độ bền khuôn.
Tra bảng 5.3 trang 167 TLTK5 với chiều sâu lòng khuôn h = 25mm ta được:
Như vậy chiều rộng khối khuôn là:
Bề rộng lòng khuôn tinh là 225 mm
Bề rộng lòng khuôn chồn là 136 mm
Chọn bề dày ở cuối lòng khuôn là
Vậy chiều dài khối khuôn là:
Trong đó: Chiều dài lòng khuôn tinh là 400 mm.
5.2.5 Mặt kiểm tra Để làm chuẩn lấy dấu các lòng khuôn trên mặt phân khuôn và kiểm tra sự ăn khớp giữa 2 nửa khuôn trong quá trình dập, người ta gia công 2 mặt kiểm tra vuông góc với nhau và vuông góc với mặt phân khuôn về mỗi phía của mặt phân khuôn một đoạn dài là , các bề mặt đó được thực hiện bằng nguyên công phay sâu vào 5mm và mài bóng với
Trên bản vẽ khuôn, tất cả các kích thước quan trọng: tâm các lòng khuôn, các kích thước đuôi én rãnh chứa con chốt, … cần phải lấy chuẩn theo các mặt kiểm tra này Các kích thước quan trọng về chiều sâu lòng khuôn thì lấy chuẩn từ mặt gương.
5.2.6 Kiểm tra độ bền khuôn Để đảm bảo cho mặt gương khỏi bị dập nát trong quá trình dập thì diện tích mặt gương phải đảm bảo Đối với loại máy búa nhỏ hơn 2 tấn thì phần diện tích mặt phân khuôn chạm nhau khi dập phải đến 250 cm cho một tấn trọng lượng phần rơi 2 của búa.
Suy ra diện tích mặt gương:
Vậy khuôn đảm bảo yêu cầu làm việc.
5.2.7 Đuôi én và thanh chêm Đuôi én Đuôi én là bộ phận quan trọng nhất để gá đặt lên đầu búa và lên đế khuôn Đuôi én được thiết kế theo quy chuẩn và phụ thuộc vào cỡ máy búa Căn cứ vào nhóm máy, người ta quy định kích thước đuôi én cho phù hợp.
Với trọng lượng phần rơi 1000 kg, ta chọn kích thước đuôi én theo nhóm máy II. Tra bảng 8.26 trang 343 TLTK5 ta được:
Hình 5.1: Kích thước đuôi én Thanh chêm Để khống chế chuyển vị khuôn theo hướng ngang ta dùng thanh chêm với góc vát khoảng 1/100 dọc theo trục của nó Để tiện việc chế tạo khuôn, các rãnh ở đế khuôn làm vát, còn ở phía đuôi én của khuôn làm thẳng Muốn cho thanh chêm trong quá trình làm việc không rơi ra mà lại có xu hướng mút vào phía đáy rãnh đế khuôn, ta làm thanh chêm ở tiết diện của nó: một mặt nghiêng , một mặt nghiêng Tra hình 5.44 trang 279 TLTK1 với trọng lượng phần rơi 1 tấn ta được:
- Thanh chêm trên: L = 1000 mm, K = 40,7 mm.
- Thanh chêm dưới: L = 830 mm, K = 40,8 mm.
Hình 5.2: Kích thước thanh chêm trên và dưới
Con chốt gồm phần thẳng và phân côn, phần thẳng lắp vào hốc của đuôi én, phần con côn lắp vào hốc của đế khuôn.
Phần côn có tác dụng là để dễ tháo con chốt ra khỏi đế khuôn khi tháo khuôn, vì con chốt dính chặt vào đế khuôn thì tháo khuôn rất khó Nếu cho đầu côn của con chốt lắp vào đế khuôn thì con chốt sẽ dính vào khuôn khi tháo, việc tháo khuôn sẽ thuận tiện hơn Để dễ tháo lắp con chốt ra các nửa khuôn, người ra làm một rãnh vát A, để khi tháo ra dùng một thanh chêm tống con chốt ra ngoài.
Chiều cao con chốt h phải làm rất chính xác Nếu h lớn sẽ làm vỡ khuôn vì toànc c bộ khuôn chỉ tì lên bề mặt con chốt Nếu h quá nhỏ sẽ làm tăng áp lực đơn vị tại c các mép hốc chứa con chốt của khuôn khi ta đóng thanh chêm Theo quy chuẩn thì chiều con h của con chốt phải thấp hơn chiều cao hốc chứa nó trong đuôi én là c
Tra bảng 8.25 trang 342 TLTK5 với nhóm II ta có kích thước con chốt:
Hình 5.3: Kích thước con chốt
Tra bảng 8.27 trang 344 TLTK5 với nhóm II ta được kích thước miếng đệm con chốt:
Hình 5.4: Kích thước miếng đệm con chốt
Việc hoàn thành đồ án công nghệ dập khối đã giúp em hiểu rõ hơn về quá trình để chúng ta có thể dập ra một chi tiết khối Nó giúp em hiểu sâu hơn về các sản phẩm khối, các bước tính toán cũng như chọn máy móc thiết bị để chế tạo ra sản phẩm một cách hợp lý và tối ưu nhất.
Việc tính toán phôi ban đầu, chọn lựa phương án gia công cũng như thiết kế khuôn dập tạo hình khối đã giúp em có một cái nhìn thực tế hơn về những việc mình cần phải làm để có thể chế tạo ra một sản phẩm dập khối Đồng thời, thông qua đồ án này đã giúp em mở mang và có thêm hiểu biết về nhiều sản phẩm dập khối
Qua quá trình hoàn thành đồ án thiết kế khuôn đã giúp em rút ra được một số kết luận như sau:
+ Các bước tính toán và lên phương án công nghệ
+ Các thống số cũng như bộ phận quan trọng của một bộ khuôn
+ Ứng dụng của khuôn dập tạo hình trong các lĩnh vực khác nhau trong đời sống
